110kV環(huán)網(wǎng)運行繼電保護整定計算研究探討

秦繼朔+孫濤+吳卓娟

[摘 ?要]本文以實例分析了在環(huán)網(wǎng)的110kV系統(tǒng)中，發(fā)生線路故障時短路電流流向、各級保護的整定配合方案、預期要達到的保護范圍和保護動作行為。

[關鍵詞]環(huán)網(wǎng)運行;整定計算;研究探討

中圖分類號：TM771 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）22-0044-02

引言

隨著社會經(jīng)濟迅猛發(fā)展，110千伏供電需求日益增長。110千伏電網(wǎng)宜采用環(huán)網(wǎng)布置、開環(huán)運行的方式。但在實際運行過程中，在220千伏變電站內，部分大容量火電機組通過雙回線并入110千伏母線環(huán)網(wǎng)運行;某線重負荷特殊性質的重要用戶為了保證可靠性通過110千伏雙回線環(huán)網(wǎng)供電。110千伏采用的環(huán)網(wǎng)供電方式，相當于110千伏母線站內有母聯(lián)，站外仍有環(huán)網(wǎng)形成的“母聯(lián)”，110千伏出線故障，變壓器后備保護雖然能夠動作跳開站內母聯(lián)，但電網(wǎng)故障仍無法隔離，最終要跳中壓側或者三側。如果110千伏母線上其他斷路器拒動時，環(huán)網(wǎng)內保護配合非常復雜，在斷路器發(fā)生拒動情況下各種整定方案均存在弊端，可能會導致不必要切機、擴大停電范圍或延長主變等主設備跳閘時間，不利于主設備安全和供電可靠性。110千伏母差保護配置失靈功能后能解決斷路器拒動問題，但若110千伏線路保護拒動，仍要越級到主變。本文以實例分析、整定了在并網(wǎng)雙回線、110kV母線上其他出線發(fā)生故障時，本身線路保護能夠正確切除故障的情況，以及某保護或斷路器拒動后各級保護能夠合理有序動作的動作行為，以確保電網(wǎng)安全。

1.主結線示意圖

1.1 火電機組通過雙回線上網(wǎng)

運行方式：A站110kV111、113、115、117、101斷路器上西母，112、114、116、118、102上東母，母聯(lián)110合位，1#主變中性點接地運行;C電廠1#、2#機通過L6、L7雙回線上網(wǎng)，2#主變中性點接地運行。

1.2 變電站帶重要及重載負荷環(huán)網(wǎng)運行

運行方式：A站110kV133、117、141、101斷路器上東母，134、138、139、102上東母，母聯(lián)130合位，1#主變中性點接地運行;

2 保護配置原則

2.1 110kV線路均配置階段式相間距離、接地距離和零序電流保護。

2.2 圖1中C電廠雙回上網(wǎng)線路及圖2中雙回用戶線路兩側均配置為一套光差加一套獨立后備保護

圖中雙回線配置光差保護原因為：符合110kV雙側電源線路裝設一套全線速動保護條件之一，在電力網(wǎng)的某些線路采用全線速動后，不僅改善本線路保護功能，而且能改善整個電網(wǎng)保護的性能。

2.3 主變電量保護主要配置差動、各側復壓閉鎖過流保護、各側零序電流保護、間隙保護、過負荷保護

與電網(wǎng)配合有關的變壓器保護涉及變壓器各側零序電流和相電流保護。其主要作用是作為變壓器、母線、母線上的出線及其他元件的后備保護。

3 故障點設置及故障電流流向

3.1 線路發(fā)生故障，保護正確動作，斷路器跳閘切除故障點

3.1.1 110kV環(huán)網(wǎng)雙回線故障：由光差保護動作跳開兩側斷路器

3.1.2 110kV母線上其他線路故障：由本線路保護動作跳開電源側斷路器。

3.2 線路上發(fā)生故障，線路保護或斷路器拒動

3.2.1 相間短路

3.2.1.1 圖1A站內：線路L5發(fā)生故障，線路保護或112斷路器拒動

相間短路電流流向：

a.系統(tǒng)→A2#變→112→故障點

b.系統(tǒng)→A1#變→110→112→故障點

c.電廠兩臺機提供電流至廠內110kV母線再通過雙回線提供至故障點112

3.2.1.2 圖1A站內：出線115線路保護或斷路器拒動

短路電流流向：

a.系統(tǒng)→A1#變→115→故障點

b.系統(tǒng)→A2#變→110→115→故障點

c.電廠兩臺機提供電流至廠內110kV母線內再通過雙回線提供至故障點115

3.2.2 接地短路

3.2.2.1 圖1A站內：L5線路保護或112斷路器拒動

零序短路電流流向：

a.112故障點→110→A1#變

b.112→118→C111→100→C2號變

c.112→110→117→C112→C2號變

3.2.2.2圖1A站內：出線115線路保護或斷路器拒動

a.115故障點→A1#變

b.115→117→C112→C2號變

3.3在圖2相同位置設置故障點：

短路電流流向與圖1的主要區(qū)別為：在圖2A站母聯(lián)130斷路器斷開前，由于對側無電源且不接地故障電流不流經(jīng)雙回線路。在圖2A站母聯(lián)130斷路器斷開后，故障電流流向參考圖1流向。

4 環(huán)網(wǎng)內整定方案：

整定依據(jù)：《3-110kV電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)程》、《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》。整定方案在滿足保證各設備保護能夠正確動作的基礎上，主要討論在圖1A站中110kV母線其他出線故障但斷路器拒動情況下環(huán)網(wǎng)內保護的動作行為和次序。同時，只考慮一級斷路器拒動，不考慮兩級拒動。以圖1分析，設置L5發(fā)生故障但112斷路器拒動：

4.1 方案一

由于L6、L7雙回線并列運行，對A站110kV母線形成外環(huán)，在發(fā)生所設置故障時，先跳開A站母聯(lián)110斷路器，形成新環(huán)網(wǎng)關系后，將L7雙回線C電廠側斷路器作為解環(huán)點。

4.2 方案二

將L6、L7雙回線C電廠側斷路器作為解環(huán)點。只要發(fā)生所設置故障，都會先跳C電廠側111斷路器，跳開111后，故障電流通過112-110流到A站1#主變，112-110-117-112-C2#主變，由A站1#主變跳母聯(lián)110和101，或由C2#主變跳本側再由A站1#主變跳母聯(lián)110和101。此方案存在問題：電廠單機單線或單機雙線上網(wǎng)，L6、L7雙回線線區(qū)外故障可能導致C電廠解網(wǎng);擴大停電范圍，損失A站無故障母線所帶負荷。

4.3 方案三

將L6、L7雙回線A站側斷路器作為解環(huán)點。先跳A側117、再跳C側111。但系統(tǒng)側仍需A站母聯(lián)110斷路器跳開后，由A2#變跳102。方案優(yōu)點為七側無故障母線保證運行，但最大問題為皓七線區(qū)外故障直接導致永皓電廠解網(wǎng)，對電廠供電可靠性減弱。

4.4 方案四

將C電廠母聯(lián)100斷路器作為解環(huán)點，只要發(fā)生所設置故障，先C主變跳開C電廠母聯(lián)100斷路器，時限與A110kV出線主保護段最長時限配合，再延時△T跳開A站母聯(lián)110斷路器。問題：1）C電廠主變跳開母聯(lián)100時限與L6、L7雙回線C側斷路器II段時間不配合。2）C電廠側為用戶管理單位，不可完全依靠其動作行為;如果考慮其斷路器其拒動，L6、L7雙回線兩側斷路器只能再按照方案一整定執(zhí)行，但如此會更延長A主變跳閘時間，對主設備更為不利。

4.5 故障點設置及故障電流流向分析

4.5.1 相間短路

4.5.1.1 A112斷路器拒動

A110斷路器跳開后短路電流流向：

a.系統(tǒng)→A2#變→112

b.系統(tǒng)→A1#變→A117→C112→100→C111→A118→112

c.電廠兩臺機提供電流至場內110kV母線通過111-118提供至故障點112

4.5.1.2 A115斷路器拒動

A110斷路器跳開后短路電流流向：

a.系統(tǒng)→A1#變→A115

b.系統(tǒng)→A2#變→A118→C111→100→C112→A117→115

c.電廠兩臺機提供電流至場內110kV母線通過通過112-117提供至故障點115

4.5.2 接地短路

4.5.2.1 A112斷路器拒動

A110斷路器跳開后零序短路電流流向：

a.112故障點→118→皓111→100→112→117→七1號變

b.112→118→皓111→100→皓2號變

4.5.2.2 A115斷路器拒動

A110斷路器跳開后零序短路電流流向：

115故障點→A1#變

115→117→C112→C2號變

4.6 最終整定方案

綜上所述，四種方案各有利弊;比較而言，采用第一種方案對于保系統(tǒng)和保電廠較為有利，同時配合考慮通過C電廠主變跳母聯(lián)100斷路器解環(huán)。理想的動作邏輯為：發(fā)生接地故障且斷路器拒動時， A站主變零序后備保護先跳開母聯(lián)110，再由雙回線中與故障點在同一條母線上的線路對側C側斷路器跳開解列機組，區(qū)分出故障線路所在A站母線，由系統(tǒng)A站主變零序后備或間隙保護跳開主變110kV側。 發(fā)生接地故障且斷路器拒動時，C電廠主變跳母聯(lián)100斷路器，A站主變復壓過流保護再跳開母聯(lián)110，再由雙回線中與故障點在同一條母線上的線路對側C側斷路器跳開，由系統(tǒng)A站主變復壓過流保護跳開主變110kV側。

4.6.1 運行要求：L6、L7雙回線環(huán)網(wǎng)運行，光差保護必須投入運行;在光差保護因故不能運行時，將皓七雙回線分列運行。

4.6.2 保護配合方案

4.6.2.1 A站主變零序過流I段I時限跳母聯(lián)110斷路器時間與A站110kV母線上所有出線接地距離、零序二段保護跳閘最長時限配合;A站主變零序過流I段II時限跳A本側斷路器時間與L6、L7C側斷路器接地（零序）二段最長時限配合;A站主變零序過流II段I時限跳本側斷路器時間與A站出線接地距離、零序最末一段最長時限配合。

4.6.2.2 A站主變復壓過流跳跳母聯(lián)110斷路器時間與A站110kV母線上所有出線距離III段最長時限配合。

4.6.2.3 L6、L7雙回線C電廠側111（112）與東（西）母所有出線進行定值配合。

4.6.2.4 117只作為環(huán)網(wǎng)內另一條線路的后備保護。118拒動后，應由112后備動作，但由于將皓側開關作為解列點，所以不考慮

4.6.2.5 C電廠復壓過流應與C電廠110kV母線上所有出線距離III段最長時限配合，與廠內主變低壓側復壓過流保護時限配合。但由于雙回線是光差，由于受躲所帶負荷影響，C電廠側111（112）距離III段定值無法作為A站出線長線路末端故障的后備保護，可能發(fā)生A站2臺主變都跳本側斷路器后，C電廠才跳開，擴大停電范圍。所以將C電廠主變跳100斷路器直接與雙回線光差保護配合，并與廠內主變低壓側復壓過流保護時限配合，保證系統(tǒng)供電可靠性。存在不配合點，設置與七復壓跳七分段時間一致。

4.6.2.6 在A站短線路如L1首端故障，114斷路器拒動時，L6C電廠側斷路器接地II段有可能先跳，再跳A110，再跳A102。

4.6.2.7 L6、L7雙回線中某條線路故障，如果無光差運行，C電廠側斷路器拒動，A站117和118會同時動作，使電廠解列，擴大了停電范圍。所以雙回線線路光差保護必須投入運行。

4.6.2.8 由于助增系數(shù)太大，在七110分段斷開前，受二段考慮主變另一側母線故障的整定原則，測量阻抗無法小于定值，110動作。

4.6.2.9 雙回線C電廠側斷路器接地距離0.3秒，由于接地二段按保靈敏度整定，在110母聯(lián)斷開前測量阻抗遠小于定值不啟動。同時考慮縮短主變零序過流I段跳分段及本側的時間。

4.6.2.10 雙回線C電廠側斷路器距離1.5秒，與A站出線距離二段時限配合，因為在線路首端故障時，C電廠側斷路器有可能切除雙回線，導致電廠解網(wǎng)。

5 結論

電網(wǎng)繼電保護的整定應滿足選擇性、靈敏性和速動性的要求，如果由于電網(wǎng)運行方式、裝置性能等原因，不能兼顧選擇性、靈敏性和速動性的要求，則應在整定時，保證基本的靈敏系數(shù)要求，同時，按照如下原則合理取舍：a.地區(qū)電網(wǎng)服從主系統(tǒng)電網(wǎng);b.下一級電網(wǎng)服從上一級電網(wǎng);c.保護電力設備的安全;d.保重要用戶供電。